论文摘要
目前,我国许多在建和拟建的水利水电工程以水头高,流量、泄洪功率大为特点。大坝的泄洪消能问题变得格外的突出,保证具有巨大能量的洪水安全下泄,成为高坝建设中的关键技术。基于底流消能的跌坎型消能工,是一种能适应高水头大流量的新型消能工,它具有较高的消能率,消除了雾化的影响,与常规底流消能工相比,大幅度的降低了消力池中的水力学指标。当前,国内开始以实际工程为对象(如在建的向家坝水电站和金安桥水电站)进行基于底流消能的跌坎型消能工的研究工作并应用于工程实践,但缺乏系统性的基础研究和成果。本论文是基于云南省自然科学基金项目(2006A0018M)而立题的。采用水力学试验的方法,通过改变入池能量、入池角度以及跌坎深度三个条件,对跌坎型消能工消力池内的流态、时均动水压力、流速等水力学指标进行了详细的观测。在试验结果分析的基础上运用理论分析进行以下研究：(1)分析消力池内流态的变化规律及影响因素；(2)研究底流流态下消力池内水流运动结构、流速分布计算、时均动水压力分布计算；(3)研究坎后横轴漩涡的运动变化规律、漩涡区的水力特性。本文进行的工作内容与成果为：1.介绍了消能问题中的基本流动现象及其运动机制,并详细介绍了混合流理论的基本概念和流态分类,运用混合流理论对跌坎型消能工中的流动现象进行了分析。2.研究了淹没底流流态下跌坎型消能工水流的运动,根据消力池内水流的运动情况,对水流进行了分区研究,同时对底流流态下流场中的奇点特性做了分析。3.对消力池内水力特性(包括水面线形态、临底流速以及底板时均动水压力)结合试验进行了分析。推导出了淹没底流流态下跌坎型消能工的控制方程。4.对淹没射流区、淹没水跃区水流的扩散和流速衰减进行了分析,通过试验数据的拟合得到了跌坎型消能工淹没射流区、淹没水跃区水流的流速分公式；对冲击区时均压力进行了研究,得出了消力池底板上时均冲击压强的公式,并通过试验数据分析,研究了压强的分布规律；对射流的沿程消能率进行了估算。5.初步研究了坎后漩涡的运动方程、运动区域以及涡心位置的变化,同时对漩涡区的水力特性结合水力学试验进行了研究。